大型钢结构制作中焊接变形的控制分析胡志朝

大型钢结构制作中焊接变形的控制分析胡志朝

胡志朝朱亚飞向维阳

杭萧钢构（山东）有限公司山东胶州266300

摘要：焊接作为钢结构制造过程中的重要连接方式，焊接工艺的优劣直接关系着大型钢结构的稳定性和安全性。为全面提高大型钢结构焊接质量，就大型钢结构制作中焊接变形的影响因素进行分析，并探讨焊接变形控制的具体方法，仅供相关人员参考。

关键词：大型钢结构；制作；焊接变形；控制

根据网络数据显示，在诸多钢结构事故中，诱因大致有材料、疲劳、焊接等，其中焊接原因造成的事故占据了较大比例，约为15%，可见控制好钢结构的焊接质量，可以有效防止事故发生，增加钢结构的稳定性并保障预期效益。我国自20世纪50年代后，大型钢结构的使用逐渐频繁，对于拼装和焊接等工艺技法虽然有一定研究，已经取得了相应成就，但由于大型钢结构施工尤为复杂，焊接问题仍普遍存在，还需要进一步研究。

1大型钢结构焊接概述

钢结构是指利用板、管、绳等形状的钢材，通过拼装铆接、焊接等工艺制作的结构。大型建筑和工程中所需要的结构规模较大，称之为大型钢结构，如大跨度桥梁、超高层建筑等，该类结构具有极强的跨越能力，能够实现多方位同时施工，因而被广泛使用。焊接是大型钢结构制作中必不可少的工艺，但由于焊接时技术、人员、材料等多方面的原因，常产生裂纹、夹渣、变形、焊接度不足等各种问题，导致钢结构存在质量隐患。目前，主要使用的焊接工艺技法有:手工电弧焊、钨极氩弧焊、螺柱电弧焊、埋弧焊等，且国家颁布了相应的技术标准，以对焊接工艺和质量检验等进行了规范，包括《钢结构焊接规范》《建筑钢结构焊接技术规程》《钢结构工程施工规范》等，也要求焊接施工人员必须具备专业的知识技能并实行了作业许可制度。

2大型钢结构制作中焊接变形的影响因素

2.1材料因素

大型钢结构制作中，焊接材料是引发焊接变形的重要因素，一般情况下，母材与焊材作为焊接常用材料，其物理性能及热力学性能往往会对焊接效果产生强烈影响。在大型钢结构制造中，焊接变形的影响因素包括温度梯度和材料热传导系数，而这两种因素之间呈鲜明的反比例增长关系，也就是说，随着热传导系数的减小，温度梯度会明显增大，材料所受焊接影响也比较大，此种情况下焊接变形也比较严重。而热力学性能对大型钢结构变形的影响则明显强于材料物理性能，其中以膨胀系数为典型代表。随着膨胀系数的加大，焊接变形也会随之加大。此外，大型钢结构焊接中会形成高温环境，此时材料屈服基线及弹性模量也是影响材料焊接变形的重要因素，其具体关系为：随着弹性模量的逐渐变大，焊接变形会在一定程度上减小，但受到材料屈服极限增大的影响，焊接残余应力显著增强，导致材料受力能力明显降低，使得大型钢结构焊接出现严重变形。

2.2钢结构刚度

所谓钢结构刚度，是指大型钢结构在弯曲及拉伸变形条件下的抵抗力承受能力，在大型钢结构焊接中，钢结构截面尺寸及钢结构形状是影响刚度的重要因素，实际焊接中若不能加以科学化控制，极易引发焊接变形。一般情况下，钢结构截面尺寸及截面面积主要对纵向桁架及工字钢截面产生影响导致变形问题出现，而钢结构截面形状主要影响字钢、工字型钢的弯曲变形量，钢结构抗弯刚度与截面形状对大型钢结构的变形影响存在一致性。

2.3焊缝位置

就大型钢结构焊接的实际情况来看，不同焊缝位置对结构整体所产生的影响也各不相同，具体来讲，若焊缝出现于钢结构受力部位，则会在一定程度上影响焊缝，并引发焊接变形问题，严重影响大型钢结构整体稳定性，甚至影响大型钢结构使用性能的发挥，给工程建筑埋下安全隐患。

2.4焊接工艺

焊接是大型钢结构制作中的重要环节，焊接工艺也成为焊接变形的重要影响因素，相关工程实践表明，对接焊缝方式、多层焊接方式等都会在一定程度上引发焊接变形。就对接焊缝来看，应用此种焊接工艺会导致横向收缩变形量明显大于纵向收缩变形量，从而导致大型钢结构出现焊接变形。就多层焊接来看，焊接层数与变形之间存在密切联系，随着焊接作业中层数的不断增加，焊接变形程度则会明显加大，层级之间收缩量差异导致大型钢结构焊接变形最终出现。

3工艺控制

3.1事前控制

焊接前对材料设备等进行检查，确保施工前准备充分。主要工作有:检查焊道的引弧板，确保安装符合焊接要求，避免焊接时边缘溢出过多，导致焊接不稳;清理焊接处母材表面的杂质，如油污、水渍、锈迹、泥沙等附着物，避免夹渣和气孔;进行热切割作业时，预先对焊接部位进行加热;遇焊道通过隔板的情况下，需要提前进行开孔，且开孔大小需要与焊道相匹配，如果开孔过大，则焊接时需要过多的材料，且焊接后的受力能力削弱，开孔过小则焊接之后均衡性，焊接部位连续性差，结构稳定性能不符合标准;做好材料调配工作，下料时需要对材料形状进行保护，遇到变形情况应进行校正;在切割坡口处进行表面清洁，通过测量技术检查是否满足设计要求，做好校正定型后进行下一步施工。

3.2事中控制

焊接时需要做到:引弧需要在焊道内操作，避免母材引弧，相邻两道焊接工序在接驳重叠时，需要确保前一道工序所产生的焊渣及周边母材的光洁度，避免引起夹渣问题;为有效遏制变形，需要减少焊接时材料受到的约束和外力，优先进行焊后变化值小的接头，针对约束较强的接头，采用快速连续焊接的措施，避免焊接后金属溶液凝固降温至最低预热值，直至全部焊接完成，并且优先对固定位置进行焊接，向较大变动的方向逐渐移动施焊，尽可能使用平焊技术，并选用二氧化碳气体进行保护，如果发现变形问题，则暂缓作业由专业人员评定给出方案后校正施工。

另外还需要注意:可对坡口焊接母材进行翻转，在距坡口1/3处施焊，随后再翻转焊接其他点位，横焊优先于竖焊作业，腹板以及两侧焊接，在对它们进行焊接期间，必须将焊工安排在筋板两侧，另外两侧的焊工要一起焊接，从而防止变形，焊接后的腹板以及筋板也能维持垂直状态，采用超声冲击和振动等技术消除焊接位置应力，至施工完毕，根据不同的接头类型选择匹配的无损检测方案，可选方案包括射线照相检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测、外观检验、电磁检测等，必要时还需要进行NDT检测，并做好检测记录。

3.3事后控制

1)根据无损检测信息，判定问题，并分析问题产生的原因，经技术鉴定和谈论后提出返修建议，并编制返修方案，交责任人员签字批准，返修前需检查母材性能是否完好，预判返修之后是否会影响结构性能，对返修位置材料进行清洁和预热等处理。2)焊接位置表面存在夹渣气孔等问题，如果打磨之后能满足设计要求的，可不再施焊，角焊位置存在问题，可直接进行二次焊接，或者是打磨剔除后再进行焊接;返修作业时施工部位的长度应当确保大于5cm，全焊透位置内部出现问题的，需要用弧气刨剔除之后再施焊，适用气体保护措施。3)做好返修记录，确认返修环节焊接位置无其他问题后，实施二次无损检测。

结语：

总而言之，大型钢结构制作中的焊接操作是工程建设中的重要环节，一旦出现焊接变形问题，会严重影响大型钢结构使用性能，因此在大型钢结构制作及焊接操作时，应当全面分析焊接变形的影响因素，结合大型钢结构焊接标准进行分析，采取有效方式控制焊接变形，提高大型钢结构焊接质量，保证其在建筑施工中具有良好的稳定性。

参考文献：

[1]付瑶，樊亚斌，崔岩.B型地铁转向架横梁组成焊接变形控制［J］.电焊机，2017（8）：88-89.

[2]周立红.浅析大型钢结构焊接变形控制技术［J］.工程建设与设计，2017（5）：56-57.